Li-ion akumulátory s novou technologií

0

Co možná netušíte, Li-ion baterie je již starou technologií, první experimenty se prováděli v roce 1912, pod vedením G. N. Lewise. Až do roku 1960 se vývojem zabývali výzkumníci Bellových laboratoří. A dalších 31 let jsme pak museli čekat, než firma Sony vyrobila první prodejní verzi Li-ion akumulátorů.

Princip Li-ion baterií , chcete-li akumulátorů se příliš neliší od lithium-polymerových baterií. Anoda je z uhlíku a katoda z oxidu kovu. Jako elektrolyt se požívá lithiová sůl v organickém rozpouštědle. Avšak velkou předností Li-ion baterií  je jejich poměrně velká životnost, ta činí asi 500 – 2000 nabíjecích cyklů. Nicméně tyto akumulátory rychle stárnou a tím se snižuje jejich kapacita a paradoxně i prodlužuje doba nabíjení. Také je zde zanedbatelné, ale dokázané riziko vznícení.

Tyto zápory (nízká kapacita a čas potřebný k nabití) se podařilo vyřešit výzkumníkům z chicagské univerzity Northwestern. Projekt probíhá v režii Harolda Kunga. Kung tvrdí, že se mu a jeho týmu podařilo zásadně snížit čas potřebný k nabití akumulátoru. Kapacita dnešních Lithium-iontových baterií závisí na počtu atomů lithia, které přijmou elektrody. V současné době připadá jeden atom lithia na šest atomů uhlíku. V minulosti však probíhal experiment, kdy se uhlík vyměnil za křemík, který dokáže navázat více atomů lithia, avšak křemík se při různé hodnotě nabití smršťoval či roztahoval a díky tomu došlo k rychlému úbytku kapacity.

Rychlost nabití akumulátoru závisí na tom, kdy se dostanou ionty lithia k anodě. Anodu však obalují listy grafenu, a protože ionty lithia musí „doplout“ k jejich okrajům, kde se nachází úzký vstup do celého systému baterie, to celý proces výrazně zpomaluje. Profesor Kung a jeho výzkumný tým však přišel na způsob, jak tento problém vyřešit. Použil křemík jak na anodě, tak katodě, mezi ně vložil listy grafenu, který zároveň pomáhá udržet stabilitu. Tím došlo k navýšení lithiových iontů, které se dokáží na křemík navázat a díky tomu ke zvýšení celkové kapacity. Zrychlení nabíjení pak profesor docílil tím, že vytvořil pomyslné zkratky na listech grafenu, takže ionty nemusí „plout“ až k okraji a pomocí zkratek v grafenu se dostanou mnohem rychleji k elektrodám.

Díky tomu se až desetinásobně zrychlí dobití akumulátoru. Avšak i zde narazíme na problémy, neboť získané vlastnosti akumulátor rychle ztrácí a to už po 150 nabíjecích cyklech, ale i přes to má nový akumulátor lepší vlastnosti než dosavadní Li-ion akumulátory na trhu. Doufejme, že se Kungovi podaří tento problém co nejdříve vyřešit a akumulátor se dostane do komerční výroby.

Molekuly Li-ion hybrid Harold Kung

Zdroj: Northwestern